2015 Fiscal Year Annual Research Report
核融合周辺プラズマの運動論的モデリングとデタッチメントプラズマの動的特性の解明
Project/Area Number |
15H04232
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Research Institution | Keio University |
Principal Investigator |
畑山 明聖 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10245607)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 賢治 鳴門教育大学, 大学院学校教育研究科, 准教授 (00532996)
林 伸彦 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部・那珂核融合研究所, 研究主幹 (10354573)
星野 一生 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核融合研究開発部・六ヶ所核融合研究所, 研究員 (50513222)
深野 あづさ 東京都立産業技術高等専門学校, ものづくり工学科, 教授 (90259838)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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Keywords | プラズマ物理 / 核融合周辺プラズマ / ダイバータ / 中性粒子 / シミュレーション |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、核融合周辺プラズマを対象として、新しい運動論的数値シミュレーションモデルの構築を目的とする。とくに、ELM(Edge Localized Mode)による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築を目指す。その特徴は、①水素イオン、電子の運動量・エネルギー緩和過程の理解に加えて、②非平衡・非定常プラズマ中における水素原子・分子の衝突・輻射および輸送過程の理解、③不純物をも考慮した新しい多種粒子系核融合周辺プラズマの統合数値シミュレーションモデルの構築を目指す点にある。 上記、目的に対して本年度、主として従来、我々が開発してきた運動論的モデルを以下の点において改良し、高度化した。1)プラズマ輸送モデルの高度化:①粒子・運動量・エネルギーソースのモデル詳細化:デタッチメント状態に重要と考えられる水素イオンー電子の体積再結合、中性粒子との電荷交換、弾性衝突などをモデルに導入した。2)中性粒子輸送モデル:①非平衡プラズマ中の振動励起分子モデル化:従来、我々が熱平衡プラズマ(Maxwell分布)を対象として、開発した振動励起分子・輻射(CR)モデル/輸送モデルの非平衡プラズマ解析への改良を行い、非平衡分布を用いた速度係数の計算を可能とした。そのモデル妥当性検証のために、構築したモデルを水素負イオン源プラズマに適用し、実験結果との比較を行った。さらに、3)プラズマ輸送モデルと中性粒子輸送モデルとの統合化に着手した。以上により、熱パルスに対する周辺プラズマの動的応答特性解析の基盤構築がほぼ終了した。これに基づき、デタッチプラズマ形成における荷電交換反応、体積再結合反応過程の効果の基本理解を行った。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の目標である「核融合周辺プラズマを対象とした新しい運動論的数値シミュレーションモデルの構築を目的とする。とくに、ELM(Edge Localized Mode)による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築」に向けて、今年度、ほぼ当初の第一ステップを終了し、計画は順調に進展している。また、個々の構成モデルの妥当性検証に向けて、水素負イオン源装置、直線型核融合プラズマ実験装置における実験との比較にも着手している。 また、昨年度は合計4回にわたって研究集会および研究作業会を行い、日本原子力研究開発機構(JAEA:現QST)、核融合科学研究所(NIFS)などの研究分担者、研究協力者との議論、情報交換を行い、広く国内の研究者の協力の下で、本研究課題の推進を行ってきた。とくに、9月に行った研究集会には、外国人研究者(ITER機構、マックスプランクプラズマ物理研究所、中国科学院合肥プラズマ研究所など)も参加し、ELMに対する従来の流体モデルと本研究課題で開発中の運動論的粒子モデルとの国際的な比較の基盤の構築も行うことができた。
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Strategy for Future Research Activity |
上に述べたように計画は、概ね順調に推移していると考えられる。今後も申請書の計画に従い、ELM(Edge Localized Mode)による熱パルスに対するデタッチメントプラズマの動的応答の解析が可能となる新しい数値シミュレーションモデルの構築を目指す。とくに、今年度は、1)従来、我々が非平衡水素プラズマを対象として、開発してきた運動論的プラズマ輸送モデルおよび中性粒子輸送モデルの高度化・統合化とそれに基づくELMに対するデタッチメントプラズマの応答特性の基本的理解の継続と、2)水素以外の不純物種をも含む多種粒子系へのモデルの拡張・統合化に着手する。 そのため、炉心プラズマ周辺部のモデル化、固体壁との相互作用モデル化、原子・分子データ整備の観点で専門家の分担・協力を仰ぐ。さらに、負イオン源プラズマ装置、直線型核融合実験装置の実験研究者との連携によるモデル妥当性検証、従来の流体モデルとのベンチマークテストなども行い、目標達成を目指す。とくに、7月にはプラズマ-固体壁相互作用のモデル高度化のための研究集会を企画する。また、昨年度開発してきた振動励起分子を含む中性粒子CRモデルのさらなる妥当性検証のため欧州原子核機構(CERN)やアウグスブルグ大学のRF負イオン源プラズマ装置における実験との比較も計画している。
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Research Products
(48 results)
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[Journal Article] High current DC negative ion source for cyclotron2016
Author(s)
H.Etoh,M.Onai,Y.Aoki,H.Mitsubori,Y.Arakawa,J.Sakuraba,T.Kato,T.Mitsumoto,T.Hiasa,S.Yajima,T.Shibata,A.Hatayama, and Y.Okumura
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 87
Pages: 02B135-1-3
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Study of H-Production in DCH- Source of Medical Cyuclotron2016
Author(s)
H.Etoh,M.Onai,Y.Aoki,H.Mitsubori,Y.Arakawa,J.Sakuraba,T.Kato,T.Mitsumoto,S.Yajima,T.Shibata,A.Hatayama, and Y.Okumura
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Journal Title
Plasma and Fusion Research
Volume: 11
Pages: 2406063-1-5
Peer Reviewed
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[Journal Article] Study of Plasma Behavior During Impurity Injection in the End-cell of GAMMA 10/PDX by Fluid Code2016
Author(s)
M.S.Islam,Y.Nakashima,A.Hatayama,K.Ichimura,M.M.Islam,K.Shimizu,K.Fukui,M.Ohuchi,T.Yokodo,K.Nojiri,N.Ezumi,M.Sakamoto, and T.Imai
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Journal Title
Contributions to Plasma Physics
Volume: -
Pages: -
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of a high current negative ion source for medical cyclotrons2015
Author(s)
H.Etoh,M.Onai,Y.Aoki,H.Mitsubori,Y.Arakawa,J.Sakuraba,T.Kato,T.Mitsumoto,T.Hiasa,S.Yajima,T.Shibata,A.Hatayama, and Y.Okumura
Organizer
第32回プラズマ・核融合学会年会
Place of Presentation
名古屋大学(愛知県・名古屋市)
Year and Date
2015-11-24 – 2015-11-27
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[Presentation] Experimental and numerical study of H- production in DC H- source of medical cyclotron2015
Author(s)
H.Etoh,M.Onai,Y.Aoki,H.Mitsubori,Y.Arakawa,J.Sakuraba,T.Kato,T.Mitsumoto,S.Yajima,T.Shibata,A.Hatayama, and Y.Okumura
Organizer
25th International TOKI Conference
Place of Presentation
セラトピア土岐(岐阜県・土岐市)
Year and Date
2015-11-03 – 2015-11-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Study of Plasma Behavior During Impurity Injection in the End-cell of GAMMA 10/PDX by Fluid Code2015
Author(s)
M.S.Islam,Y.Nakashima,A.Hatayama,K.Ichimura,M.M.Islam,K.Shimizu,K.Fukui,M.Ohuchi,T.Yokodo,K.Nojiri,N.Ezumi,M.Sakamoto, and T.Imai
Organizer
15th International Workshop on Plasma Edge Theory in Fusion Devices
Place of Presentation
奈良春日野国際フォーラム(奈良県・奈良市)
Year and Date
2015-09-09 – 2015-09-11
Int'l Joint Research
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[Presentation] High current DC negative ion source for cyclotron2015
Author(s)
H.Etoh,M.Onai,Y.Aoki,H.Mitsubori,Y.Arakawa,J.Sakuraba,T.Kato,T.Mitsumoto,T.Hiasa,S.Yajima,T.Shibata,A.Hatayama, and Y.Okumura
Organizer
16th International Conference on Ion Sources
Place of Presentation
New York ( USA)
Year and Date
2015-08-22 – 2015-08-28
Int'l Joint Research
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[Presentation] Advance in integrated modelling towards prediction and control of JT-60SA plasmas2015
Author(s)
N. Hayashi, M. Honda, J. Shiraishi, Y. Miyata, T. Wakatsuki, K. Hoshino, M. Toma, T. Suzuki, H. Urano, K. Shimizu, K. Hamamatsu, S. Ide, JT-60SA Team
Organizer
42nd European Physical Society Conference on Plasma Physics
Place of Presentation
Lisbon (Portugal)
Year and Date
2015-06-22 – 2015-06-26
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